String module cultivator for surface tillage

Full Text

Для с.-х. культур, глубина заделки семян которых не превышает 0,03-0,04 м, требуется мелкая обработка почвы. Она должна обеспечивать полное уничтожение сорняков без выноса влажной почвы на дневную поверхность. При этом не должна перемешиваться почва верхнего слоя, так как это провоцирует прорастание семян сорняков [1]. Все применяемые сегодня культиваторы оснащены стрельчатыми лапами, не позволяющими выполнить данные агротехнические требования. Предложен струнный модульный культиватор [пат. РФ на полезную модель № 153426]. Культиватор (рис. 1) состоит из бруса 1 с опорными колесами 2. К брусу крепятся модули 3 (рис. 2). Каждый модуль включает два рабочих органа: струнный 4 и прутковый каток 5. Струнный рабочий орган содержит два плоских диска 6 и 7 толщиной 3 мм, причем диск 7 смещен вперед относительно диска 6. Расстояние между дисками 6 и 7 по горизонтали составляет 1 м. Они заточены по окружности и имеют оси 8, на которые надеты держатели 9, связанные с поперечиной 10. Поперечина соединена с грядилем 11, выполненным в виде плоской листовой пружины. На плоских дисках 6 и 7 сделано по четыре отверстия для струн 12. Концевые части струн выполнены в виде пружин кручения 13 [2]. На каждом диске (рис. 3) имеется по четыре отверстия, расположенных под углом 90º относительно друг друга. Струну пропускают внизу диска через продолговатое отверстие, поднимают вверх по диску и вставляют в паз, прорезанный в болте. Накручивают на него гайку и устанавливают в отверстие на диске. Проворачивают 3-4 раза так, что образуется пружина кручения, и фиксируют на диске с помощью второй гайки. Таким образом, каждая струна заканчивается пружиной кручения. При ее ослаблении гайку отпускают, болт проворачивают, натягивая струну, и вновь фиксируют гайкой. На поперечине также закреплены держатели, связанные со ступицами пруткового катка. Один ряд прутков 14 расположен параллельно оси катка, другой ряд 15 - под прямым углом к направлению движения [3]. Из треугольника ОАС (см. рис. 3) найдем: , где R - радиус диска, м; hд - глубина хода диска, м. Отсюда: ; . Чтобы диск разрезал почву и перерезал стебли растений на поверхности, угол защемления α должен быть меньше суммы углов трения φ1 стеблей о лезвие диска и φ2 почвы по стальной поверхности [4]: α ≤ (φ1 + φ2). Тогда , откуда R ≥ 0,09 м. Принимаем диаметр плоского диска Dп = 200 мм. Плоские диски заглублены на 3-4 см, а струны - соответственно на 2-3 см. Струны изготавливают из высокопрочной износостойкой стали, например марганцовистой Ст 65Г или хромованадиевой Ст 50ХФА, имеющих прочность растяжения σ = 150 · 106 Н/м2 [5]. Определим требуемый диаметр струны, используя формулу: , где Fp - усилие растяжения струны, Н. , где k = 1,2…1,4 - удельное сопротивление резанию почвы, кПа; = 1,3 - длина струны, м. Отсюда: ; . Тогда d ≥ 1,5 мм. Следовательно, диаметр струны должен быть 1,5-2 мм. Чтобы происходило смещение подрезаемых сорняков вдоль струны, угол β между ней и направлением движения должен быть равен: β = 90 - φ, где φ - угол трения растений по струне, град. При известном значении φ = 26…30º получим . Угол установки к поперечной плоскости составляет 30º. Стабильную глубину хода каждого модуля поддерживает пластинчатый грядиль. Диаметр пруткового катка определим по формуле: , где φп - угол внутреннего трения почвы, град.; h - глубина погружения катка в почву, м; d - максимальный диаметр комков почвы, м. Получим Dк = 250 мм. Чтобы стабилизировать боковые нагрузки, угол установки одного ряда прутков к оси примем равным 30º, что составляет 90º по отношению к направлению движения [6]. В процессе работы на грядиль в вертикальной плоскости действует сила тяжести от массы струнного рабочего органа mc и массы пруткового катка mк. При известных значениях mc и mк получим Н. Длина грядиля: . При клиренсе бруса Р = 250 мм, диаметре катка Dк = 250 мм и угле установки грядиля к горизонтальной плоскости γ = 15º получим м. Толщина грядиля: , где bн - ширина грядиля, м; [σи] - допускаемое напряжение, Па. При bн = 0,1 м получим м. Примем = 7,5 мм. Культиватор работает следующим образом. В процессе движения плоские диски, заточенные по окружности, разрезают почву и перерезают растительные остатки. Плоские диски одного модуля перемещаются по следу дисков другого модуля, что обеспечивает обработку всей площади поля. На гладкой струне сорняки не зависают. Струна может работать на глубине 2-3 см при любых погодных условиях. Глубину ее хода регулируют путем перемещения пруткового катка вверх-вниз по пазам, расположенным на боковых пластинах. Смещаемые по струне сорняки попадают на диск и перерезаются, что исключает их зависание. Струны в процессе работы вибрируют благодаря наличию пружин кручения, таким образом улучшается их освобождение от сорняков. Большинство сорняков вычесывается вместе с корневой системой, что исключает их дальнейшее приживание [7]. При разрыве струны плоские диски поворачивают на 90 , включая в работу другую струну. Идущий сзади прутковый каток крошит комки почвы в верхнем слое. Прутки, параллельные оси, выравнивают поверхность. Прутки, расположенные под прямым углом к направлению движения, крошат комки почвы и стабилизируют ход модуля. С помощью пруткового катка выдерживается глубина обработки струной. Заключение По сравнению с известными техническими решениями, струнный модульный культиватор имеет следующие преимущества: - может работать при различных погодных условиях (при засухе струны не выносят влажную почву на дневную поверхность, при высокой влажности почва не налипает на струну), что увеличивает годовую загрузку; - обеспечивает крошение почвы и выравнивание поверхности; - струны просто заменяются; - позволяет обрабатывать почву на глубине 2-3 см, чего не может ни один культиватор; - модульный принцип культиватора позволяет работать с любыми энергосредствами.

About the authors

N. Ye Rudenko

Stavropol State Agrarian University

S. D Kayvanov

Stavropol State Agrarian University

Email: kajwanov@yandex.ru

D. S Kalugin

Stavropol State Agrarian University

F. N Zavyalik

Stavropol State Agrarian University

References

Supplementary files